Zegar z jądra atomowego właśnie tyknął. I już poluje na ciemną materię

Wyobraź sobie zegar tak precyzyjny, że przez miliard lat nie spóźniłby się ani o sekundę. A teraz wyobraź sobie, że jego sercem nie jest atom, ale jądro atomowe. Naukowcom właśnie udało się zbudować pierwszy w historii taki zegar — i już zdążył rzucić wyzwanie ciemnej materii.

Jądro zamiast elektronu

→ Czytaj też: Fizycy słuchają muzyki wszechświata. Co usłyszą?

Zegary atomowe, które dziś odmierzają czas z dokładnością do jednej sekundy na 300 milionów lat, opierają się na skokach energetycznych elektronów. Jednak od lat fizycy marzyli o czymś jeszcze doskonalszym: o zegarze, który wykorzystywałby skoki energetyczne jądra atomowego. Problem w tym, że jądra są znacznie trudniejsze do „rozkołysania” — potrzebują do tego laserów o bardzo specyficznej częstotliwości. Przez dekady wydawało się to niemożliwe.

Kluczem okazał się izotop toru-229. Jak tłumaczy w artykule w „Science News” fizyk Thorsten Schumm z TU Wien: „W całym układzie okresowym jest tylko jeden typ jądra atomowego, który można wykorzystać do budowy zegara — tor-229”. To właśnie on ma skok energetyczny na tyle mały, by dało się go precyzyjnie wymierzyć laserem.

Dwa zespoły, jeden przełom

→ Czytaj też: Naukowcy słuchają kosmicznej muzyki. Czy odkryją nową fizykę?

Nad realizacją pomysłu pracowały niezależnie dwie grupy badawcze. Zespół Schumma oraz zespół Shiqiana Dinga z Uniwersytetu Tsinghua w Pekinie. Obie grupy w czerwcu 2026 roku opublikowały swoje wyniki na serwerze arXiv.org (prace nie przeszły jeszcze recenzji). W obu przypadkach sercem zegara był kryształ fluorku wapnia z domieszką toru-229, oświetlany laserem.

Różnica? Zespół Dinga użył znacznie potężniejszego lasera, a zespół Schumma miał w krysztale więcej toru. Efekt końcowy był jednak podobny: po raz pierwszy udało się zamknąć pętlę sprzężenia zwrotnego, która na bieżąco koryguje częstotliwość lasera, by była zablokowana na skoku jądra. „To był ostatni brakujący krok, by nazwać to prawdziwym zegarem” — komentuje Lars von der Wense z Uniwersytetu Johannesa Gutenberga w Moguncji, który nie brał udziału w badaniach.

Polowanie na ciemną materię

Choć nowe zegary nie są jeszcze dokładniejsze od najlepszych zegarów atomowych, ich prawdziwa siła leży gdzie indziej. Jądra atomowe podlegają innym siłom niż elektrony — przede wszystkim silnemu oddziaływaniu jądrowemu. Dzięki temu porównanie wskazań zegara jądrowego i atomowego może ujawnić subtelne zmiany w tak zwanych stałych fundamentalnych, które opisują siły rządzące Wszechświatem.

To właśnie zrobili naukowcy z Wiednia. Użyli swojego zegara do poszukiwania śladów ciemnej materii — tajemniczej substancji, która stanowi około 85% masy kosmosu, ale nie emituje światła. „W niektórych typach pomiarów już teraz przewyższamy wszystkie zegary atomowe” — mówi Schumm. Choć nie znaleźli jeszcze dowodów na istnienie ciemnej materii, czułość ich urządzenia dorównuje, a w niektórych przypadkach przewyższa, najlepsze dotychczasowe eksperymenty.

Co dalej?

Zegary jądrowe mają też praktyczne zalety. Są mniej wrażliwe na zakłócenia elektromagnetyczne i — w przeciwieństwie do atomowych — nie wymagają skomplikowanych komór próżniowych. Można je zbudować z materiałów stałych, co otwiera drogę do przenośnych, niezwykle precyzyjnych czasomierzy. „Wyścig o budowę superdokładnych zegarów jądrowych właśnie się rozpoczął” — podsumowuje Victor Flambaum z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii. Jeśli tempo badań się utrzyma, wkrótce możemy nie tylko mierzyć czas z niespotykaną precyzją, ale też odkryć, z czego naprawdę zbudowany jest nasz Wszechświat.